一種基于煙氣循環(huán)燃燒的多級旋流燃燒室的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及潛艇動力燃燒領(lǐng)域，具體地涉及一種基于煙氣循環(huán)燃燒的多級旋流燃燒室。
【背景技術(shù)】
[0002]公知的潛艇動力燃燒室的燃燒頭部為單旋流燃燒器，即中心燃料噴嘴，燃料噴嘴的外圈開設(shè)單級旋流器。單級旋流器在混合燃料和氧化劑方面，存在混合不均、摻混性能不佳的問題。燃料和氧化劑的混合不均導(dǎo)致燃燒室的工作性能不佳。此外，公知的這類燃燒室的火焰筒與燃燒室壁之間采用徑向雙環(huán)腔形式，這種形式的內(nèi)環(huán)腔流動的是煙氣，外環(huán)腔流動的是氧化劑，在這種結(jié)構(gòu)下，燃燒室不存在補(bǔ)燃用氧化劑，導(dǎo)致出現(xiàn)燃燒效率偏低的問題。也有公知的這類燃燒室的火焰筒與燃燒室壁之間采用單環(huán)腔形式，在這種結(jié)構(gòu)下，環(huán)腔流動的是氧化劑，大量氧化劑用于燃燒室的尾部摻混，導(dǎo)致燃燒室出現(xiàn)氧化劑利用率偏低的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種基于煙氣循環(huán)燃燒的多級旋流燃燒室，以解決公知技術(shù)存在的問題。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的基于煙氣循環(huán)燃燒的多級旋流燃燒室，包括燃燒頭部、火焰筒、隔流板、燃燒室壁、換熱器和混合器。其中:
[0005]燃燒頭部開設(shè)有燃料噴嘴和多個同軸心徑向布置的旋流器；
[0006]燃料噴嘴的噴口與旋流器相間布置；
[0007]徑向相鄰旋流器設(shè)置為反旋向布置；
[0008]火焰筒的壁上開設(shè)有多排氣孔，火焰筒與燃燒室壁之間通過隔流板設(shè)置有沿軸向串聯(lián)式的上下游兩個環(huán)腔，上游環(huán)腔為第一環(huán)腔，第一環(huán)腔通過火焰筒壁上氣孔及燃燒頭部的燃燒器與火焰筒內(nèi)腔相連通；
[0009]隔流板下游環(huán)腔為第二環(huán)腔，第二環(huán)腔通過火焰筒壁上氣孔與火焰筒內(nèi)腔相連通；
[0010]火焰筒出口通過一煙氣管道連接換熱器，然后分成三個通道，第一通道通過流量閥連接至混合器，由該混合器連接第一環(huán)腔的第一環(huán)腔接口 ；第二通道通過流量閥連接第二環(huán)腔的第二環(huán)腔接口 ；第三通道連接燃燒室下游。
[0011]引入第一環(huán)腔的是經(jīng)過混合器混合后的煙氣與氧化劑的混合氣，自火焰筒中部進(jìn)入后逆流至燃燒頭部，部分混合氣沿途通過火焰筒壁上的補(bǔ)燃型氣孔和冷卻型氣孔進(jìn)入火焰筒內(nèi)腔，剩余混合氣經(jīng)過燃燒頭部上的燃燒器進(jìn)入火焰筒內(nèi)腔。引入第二環(huán)腔內(nèi)煙氣進(jìn)入環(huán)腔后，通過火焰筒壁上的摻混型氣孔和冷卻型氣孔進(jìn)入火焰筒內(nèi)腔。
[0012]所述的基于煙氣循環(huán)燃燒的多級旋流燃燒室，其中，燃料噴嘴沿徑向開設(shè)一個或多個燃料噴口。
[0013]所述的基于煙氣循環(huán)燃燒的多級旋流燃燒室，其中，旋流器的級數(shù)多2。
[0014]所述的基于煙氣循環(huán)燃燒的多級旋流燃燒室，其中，旋流器為軸向葉片式結(jié)構(gòu)、徑向葉片式結(jié)構(gòu)、軸向斜切孔式結(jié)構(gòu)或徑向斜切孔式結(jié)構(gòu)。
[0015]所述的基于煙氣循環(huán)燃燒的多級旋流燃燒室，其中，旋流器的出口連接混合段。
[0016]所述的基于煙氣循環(huán)燃燒的多級旋流燃燒室，其中，旋流器出口混合段是擴(kuò)張段或文氏管段。
[0017]所述的基于煙氣循環(huán)燃燒的多級旋流燃燒室，其中，火焰筒的冷卻方式為氣膜冷卻、發(fā)散冷卻或復(fù)合冷卻方式。
[0018]本實用新型與現(xiàn)有公知技術(shù)相比的優(yōu)點如下:
[0019](I)本實用新型在燃燒室本體的燃燒頭部開設(shè)多個旋流器，徑向相鄰旋流器采用反旋向布置，旋流器與燃料噴嘴噴口相間布置，以加強(qiáng)燃燒頭部的旋流剪切作用，增強(qiáng)摻混強(qiáng)度，提高燃料與氧化劑的混合均勻程度。解決了公知技術(shù)存在的燃料和氧化劑的混合不均導(dǎo)致工作性能不佳的問題。
[0020](2)本實用新型的燃燒室的排煙有兩個回路，其中一路煙氣與燃燒室的氧化劑在混合器中進(jìn)行混合后，回流至第一環(huán)腔，然后向燃燒室頭部逆流，其中部分混合氣沿途通過火焰筒壁上的補(bǔ)燃型氣孔進(jìn)入火焰筒內(nèi)腔，用于補(bǔ)充燃燒此處尚未燃盡的燃料，部分混合氣沿途通過火焰筒壁上的冷卻型氣孔進(jìn)入火焰筒內(nèi)腔，用于冷卻火焰筒壁面，剩余混合氣最終逆流至燃燒頭部，通過燃燒器進(jìn)入火焰筒內(nèi)腔，用于混合燃料燃燒。該回路起到如下作用:(a)回流煙氣稀釋了氧化劑，降低了火焰筒內(nèi)的燃燒強(qiáng)度，保護(hù)火焰筒不被燒毀，延長了燃燒室的使用壽命，(b)回流煙氣預(yù)熱了氧化劑，提高了氧化劑的溫度，從而減少火用損失，(C)含氧混合氣通過頭部和補(bǔ)燃型氣孔合理分配進(jìn)氣，能夠?qū)崿F(xiàn)充分燃盡的目的。本回路利用煙氣降低了燃燒溫度，減小不可逆損失，同時合理分配氧化劑實現(xiàn)燃料的高效燃燒。
[0021]另一回路煙氣回流至第二環(huán)腔，部分煙氣通過火焰筒壁上的摻混型氣孔進(jìn)入火焰筒內(nèi)腔，用于調(diào)節(jié)火焰筒出口溫度分布，剩余煙氣通過火焰筒壁上的冷卻型氣孔進(jìn)入火焰筒內(nèi)腔，用于冷卻火焰筒壁面。本回路在不消耗氧化劑的情況下實現(xiàn)了火焰筒出口溫度調(diào)節(jié)和和壁面的冷卻，節(jié)約了燃燒室的氧化劑使用量，提高了燃燒室的氧化劑的利用率。
[0022]本實用新型采用的雙路煙氣回流和軸向串聯(lián)式的雙環(huán)腔結(jié)構(gòu)，解決了公知技術(shù)存在的燃燒效率偏低和氧化劑利用率偏低的問題。
[0023]本實用新型的基于煙氣循環(huán)燃燒的多級旋流燃燒室，可以提高燃料與氧化劑的混合均勻程度，增強(qiáng)燃燒性能，降低燃料消耗量；可以降低燃燒溫度，延長火焰筒使用壽命；可以提高氧化劑初始溫度，減小燃燒室不可逆損失；可以合理分配頭部和補(bǔ)燃?xì)饬浚瑢崿F(xiàn)高效率燃燒；可以在不消耗氧化劑的情況下實現(xiàn)了火焰筒出口溫度分布調(diào)節(jié)和和壁面的冷卻，提高燃燒室內(nèi)氧化劑的利用率。
【附圖說明】
[0024]圖1是本實用新型的多級旋流燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是本實用新型實施例一的燃燒頭部圖；
[0026]圖3是本實用新型實施例二的燃燒頭部圖。
[0027]附圖中符號說明:
[0028]I燃燒頭部；2火焰筒；3隔流板；4燃燒室壁；5燃燒器；6燃料噴嘴；7旋流器；8第一環(huán)腔；9第二環(huán)腔；10第一環(huán)腔接口 ；11第二環(huán)腔接口 ；12換熱器；13火焰筒排出的煙氣；14、15、16煙氣；17氧化劑與煙氣的混合器；18點火器；19第一級旋流器；20第二級旋流器；21混合段；22、23、24燃料噴口 ；25補(bǔ)燃型氣孔；26摻混型氣孔；27冷卻型氣孔。
【具體實施方式】
[0029]本實用新型的基于煙氣循環(huán)燃燒的多級旋流燃燒室，由燃燒頭部、火焰筒、隔流板、燃燒室壁、換熱器和混合器組成。其中，燃燒頭部開設(shè)有燃料噴嘴和多個同軸心徑向布置的旋流器，徑向相鄰旋流器設(shè)置為反旋向布置，旋流器與燃料噴嘴的噴口相間布置，以加強(qiáng)燃燒頭部的旋流剪切作用，增強(qiáng)摻混強(qiáng)度，提高燃料與氧化劑的混合均勻程度。
[0030]火焰筒的壁上開設(shè)有多排氣孔，火焰筒與燃燒室壁之間通過隔流板設(shè)置有沿軸向串聯(lián)式的上下游兩個環(huán)腔，上游環(huán)腔為第一環(huán)腔，第一環(huán)腔通過火焰筒壁上氣孔及燃燒頭部的燃燒器與火焰筒內(nèi)腔相連通；隔流板下游環(huán)腔為第二環(huán)腔，第二環(huán)腔通過火焰筒壁上氣孔與火焰筒內(nèi)腔相連通。火焰筒出口通過一煙氣管道連接換熱器，然后分成三個通道，第一通道通過流量閥連接至混合器，由該混合器連接第一環(huán)腔的